[发明专利]数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机制图技术领域，涉及数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲 染方法。

背景技术

数字三维写意水墨山水画的建模、绘制与渲染以数字三维写意水墨山水画作为主 要研究对象，在虚拟数字三维空间中，运用三维图形技术强大的表现力来创建动态、高度逼 真的三维水墨写意山水形象，通过分析、提取和模拟传统中国水墨画，解决了皴法绘制乃至 山石自动生成技术，设计了数字三维水墨山水画的绘制方案，提出了传统中国山水画构图 中的“散点透视”法则在数字三维空间中的解决方案，实现了数字山水画中的山石和树木的 建模、绘制与渲染问题，展现了传统二维水墨画无法实现的动态三维水墨空间，形成了一整 套较为系统和完整的水墨山水画的制作技术。通过数字方式的创作，体现中国山水画美学 理论中的南派写意山水画的“意境”美。

数字三维写意水墨山水画的建模与渲染方法继承和发展了传统水墨画艺术的审 美理论和美学思想，对中国水墨画的变革和发展有着积极的参考价值和推动意义。数字三 维写意水墨山水画拓展了计算机的三维艺术表现语言，对三维建模及渲染领域而言，也是 一个不小的突破。数字三维写意水墨山水画的创建和渲染技术研究对于引导静态水墨画仿 真研究向动态的三维渲染领域进军，丰富图形渲染领域的处理手段，推动计算机仿真技术 的发展，促进非真实感渲染技术研究的发展乃至推动计算机图形学的发展都能起到积极作 用。数字三维写意水墨山水画的创作技术研究成果在电影艺术、卡通动画制作、非真实感全 景巡游、三维虚拟游戏等数字艺术制作领域将有极为广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法，采用的 技术方案步骤如下：

本发明所采用的技术方案是数字三维写意水墨山水画的建模绘制与渲染方法， 其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：数字三维写意水墨山水画建模；

步骤2：皴法纹理采样与合成；

步骤3：水墨山水画的绘制笔刷；

步骤4：斜投影视图空间的创建；

步骤5：基于阿尔法遮罩通道的最终渲染。

进一步，所述步骤1的建模方法为基于粒子堆叠的建模、基于程序的综合特征建 模；

基于粒子堆叠的建模采用粒子沉积算法，使粒子序列下落，模拟它们在一个先前 落下的粒子所组成的表面上流动，下落足够数目的粒子将产生看起来像是粘性流体的流动 线状结构，在这种粒子沉积和堆叠过程中，粒子在重力、浮力和粘性力的约束下，随机产生 的粒子会堆叠成各种千变万化的形状；

基于程序的综合特征建模是设计一种关系增长语法RGG和扩展L系统语言XL，RGG 是一个在图上的替代字符串的重写系统操作，一个图就是一个结构组成的节点和连接这些 节点的弧；基于RGG的扩展L系统综合特征建模是通过编程或撰写脚本语言，把种类众多、纷 繁复杂的各种水墨山水画物象内容通过简洁的笔刷和简单的动作方式绘制出来。

进一步，所述步骤2方法是初始化记录匹配点位置的数组，设置为输入图像中的随 机点，对于输出图像中的每一个象素，按照扫描线顺序计算：(1)在输出图像中，考虑当前点 的L-邻域，对邻域中的每个点，根据数组中匹配点的位置，偏移相应位置后，选取该点为待 选点，从而形成候选点列表；(2)清除其中重复的待选点；(3)在待选点中选取与输出图像当 前点的L-邻域误差最小的点，拷贝到输出图像当前点中，并记录该位置；(4)重复直至获得 合成图。

进一步，所述步骤3水墨山水画的绘制笔刷是在造型与纹理基础上，采用水墨山水 画的绘制笔刷进行山水画的局部绘制，水墨山水画的绘制笔刷步骤如下：笔刷的通用控制 参数设定；树木生成笔刷的控制参数设定；山石生成笔刷的控制参数设定；水墨山石与树木 绘制的笔刷插件开发；

所述笔刷的通用控制参数设定是编写Maya的Mel格式的绘制笔刷，编写Maya的Mel 格式的绘制笔刷时，必须考虑在绘制过程中发生的各种可能性，包括笔刷的绘制类型、笔 刷宽度大小、绘制对象的初始大小、是否启用光照显示、是否采用纹理；

所述树木生成笔刷的控制参数设定是制作树木生成笔刷，树木生成笔刷的控制参 数可以分为树干、树枝、小枝、树叶、花、芽6个树器官模块；